Nghiên cứu xây dựng mô hình động học thoát ẩm và động học phân hủy vitamin c và polyphenol của quá trình sấy mãng cầu xiêm annona muricata l bằng phương pháp sấy lạnh

HỒ CHÍ MINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆ

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH ĐOÀN TP HỒ CHÍ MINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC THOÁT ẨM VÀ

ĐỘNG HỌC PHÂN HỦY VITAMIN C VÀ POLYPHENOL CỦA

QUÁ TRÌNH SẤY MÃNG CẦU XIÊM (Annona muricata L.)

BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ:

Trung tâm Phát triển Khoa học và Công nghệ Trẻ

Chủ nhiệm nhiệm vụ: KS Vũ Đức Ngọc

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH ĐOÀN TP HỒ CHÍ MINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC THOÁT ẨM VÀ

ĐỘNG HỌC PHÂN HỦY VITAMIN C VÀ POLYPHENOL CỦA

QUÁ TRÌNH SẤY MÃNG CẦU XIÊM (Annona muricata L.)

BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH (Đã chỉnh sửa theo kết luận của Hội đồng nghiệm thu ngày 03/12/2022)

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu xây dựng mô hình động học thoát ẩm và động học phân hủy vitamin c và polyphenol của quá trình sấy mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) bằng phương pháp sấy lạnh

Thuộc: Chương trình/lĩnh vực (tên chương trình/lĩnh vực): Vườn ươm Sáng tạo Khoa học

Chức danh khoa học: Nhân viên nghiên cứu khoa học

Chức vụ: Nhân viên nghiên cứu khoa học

Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Trung tâm Phát triển Khoa học và Công nghệ trẻ

Điện thoại: 028.38.233.363 Fax:

E-mail:

Website:

Địa chỉ: Số 1, Phạm Ngọc Thạch, Phường Bến Nghé, Quận 1, TP Hồ Chí Minh

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: ĐOÀN KIM THÀNH

Số tài khoản: 3713.0.1083277.00000

Kho bạc nhà nước Quận 1, Tp Hồ Chí Minh

Tên cơ quan chủ quản đề tài:

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện nhiệm vụ:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ ngày 8 tháng 12 năm 2021 đến tháng 12 năm 2022

- Thực tế thực hiện: từ ngày 8 tháng 1 năm 2021 đến tháng 10 năm 2022

- Được gia hạn (nếu có):

(Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) (Tháng, năm) Thời gian Kinh phí (Tr.đ)

1 Tháng 12/2021 45,000,000 Tháng 06/2022 45,000,000

2 Tháng …/202 27,000,000

3 Tháng …/202 18,000,000

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

Đơn vị tính: Triệu đồng

Số

TT các khoản chi Nội dung

Theo kế hoạch Thực tế đạt được Tổng NSKH Nguồn

Đối với dự án:

Đơn vị tính: Triệu đồng

Số

TT các khoản chi Nội dung

Theo kế hoạch Thực tế đạt được Tổng NSKH Nguồn

khác

Tổng NSKH Nguồn

khác

2 Nhà xưởng xây dựng mới,

5 Nguyên vật liệu, năng lượng 0 0 0 0 0 0

- Lý do thay đổi (nếu có):

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì nhiệm

vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT Số, thời gian ban hành văn bản Tên văn bản Ghi chú

1 KHCNT – VƯ 42/2021/HĐ – Hợp đồng thuê khoán

2 52-TB/KHCNT-VƯ Thông báo về việc phê duyệt và cấp kinh phí nghiên cứu khoa học và công nghệ thuộc chương trình Vườn

ươm sáng tạo Khoa học và Công nghệ trẻ

4 Tổ chức phối hợp thực hiện nhiệm vụ:

Nội dung tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt được chú* Ghi

2

- Lý do thay đổi (nếu có):

5 Cá nhân tham gia thực hiện nhiệm vụ:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người

kể cả chủ nhiệm)

Số

TT

Tên cá nhân đăng ký

theo Thuyết minh

Tên cá nhân đã tham gia thực hiện

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

1 KS Vũ Đức Ngọc KS Vũ Đức Ngọc

Chủ nhiệm đề tài, phụ trách điều phối chung, lập

kế hoạch đề tài, tổng hợp kết quả

2 ThS Đào Tấn Phát ThS Đào Tấn Phát khoa học Thư ký

3 ThS Lê Đăng Trường ThS Lê Đăng Trường Thành viên thực hiện chính

4 ThS Trần Thiện Hiền ThS Trần Thiện Hiền Thành viên thực hiện chính

5 ThS Trần Thị Yến Nhi ThS Trần Thị Yến Nhi Thành viên thực hiện chính

- Lý do thay đổi ( nếu có): Không

6 Tình hình hợp tác quốc tế:

Số

TT

Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa

điểm, tên tổ chức hợp tác, số

đoàn, số lượng người tham gia )

Thực tế đạt được (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia )

Ghi chú*

2

3

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

Số

TT

Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm) (Nội dung, thời gian, Thực tế đạt được

kinh phí, địa điểm )

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Số

TT

Các nội dung, công việc

chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu)

Thời gian (Bắt đầu, kết thúc

- tháng … năm) cơ quan Người,

thực hiện Theo kế

hoạch

Thực tế đạt được

1

Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng

của các thông số kỹ thuật quá trình

sấy lạnh đến chất lượng mãng cầu

xiêm

- Công việc 1: Khảo sát ảnh

hưởng của nhiệt độ sấy đến chất

lượng sản phẩm và hiệu suất thu

hồi, dự kiến thay đổi 4 mức độ từ

20-50 o C

- Công việc 2: Khảo sát ảnh

hưởng của tốc độ gió đến chất

lượng sản phẩm và hiệu suất thu

hồi, dự kiến thay đổi 4 mức độ từ

40-55 Hz

- Công việc 3: Khảo sát ảnh

hưởng của thời gian lên đến chất

lượng sản phẩm và hiệu suất thu

hồi, dự kiến thay đổi 4 mức độ từ

8-12 giờ

2 – 4/2022 2 – 4/2022 Vũ Đức Ngọc

– ĐH Nguyễn Tất Thành Đào Tấn Phát – ĐH Nguyễn Tất Thành Trần Thiện Hiền – ĐH Nguyễn Tất Thành

2

Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng

mô hình động học thoát ẩm của

mãng cầu xiêm qua quá trình sấy

lạnh

- Công việc 1: Khảo sát theo thời

gian ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

đến hàm ẩm của mẫu, dự kiến

thay đổi 4 mức độ từ 20-50 o C

Thời gian lấy mẫu dự kiến 30

phút/ lần, tối thiểu 20 lần cho mỗi

điều kiện

- Công việc 2: Tính toán các

thông số động học của mô hình

dựa trên đồ thị tương quan của

+ Từ kết quả tính toán, tiến hành

so sánh giữa các mô hình dựa vào

+ Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng

Nội dung 4: Nghiên cứu xây dựng

mô hình động học phân hủy

polyphenol trong mãng cầu xiêm

qua quá trình sấy lạnh

- Công việc 1: Khảo sát theo thời

gian ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

đến hàm lượng polyphenol tổng,

dự kiến thay đổi 4 mức độ từ

20-50 o C

Thời gian lấy mẫu dự kiến 30

phút/ lần, tối thiểu 20 lần cho mỗi

điều kiện

- Công việc 2: Tính toán các

thông số động học của mô hình

dựa trên đồ thị tương quan của

TPC và t

- Công việc 3: Đánh giá và lựa

chọn mô hình động học phân hủy

polyphenol của mãng cầu xiêm

trong quá trình sấy lạnh

+ Từ kết quả tính toán, tiến hành

so sánh giữa các mô hình dựa vào

phân hủy polyphenol trong quá

trình sấy mãng cầu xiêm

6 – 8/2022 4 – 6/2022 Vũ Đức Ngọc

– ĐH Nguyễn Tất Thành Đào Tấn Phát – ĐH Nguyễn Tất Thành

Lê Đăng Trường – ĐH Nguyễn Tất Thành

4

Nội dung 5: Nghiên cứu xây dựng

mô hình động học phân hủy

Vitamin C trong mãng cầu xiêm

qua quá trình sấy lạnh

- Công việc 1: Khảo sát theo thời

gian ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

đến hàm lượng Vitamin C, dự kiến

thay đổi 4 mức độ từ 20-50 o C

Thời gian lấy mẫu dự kiến 30

phút/ lần, tối thiểu 20 lần cho mỗi

điều kiện

- Công việc 2: Tính toán các

thông số động học của mô hình

dựa trên đồ thị tương quan của

TAA và t

8 – 10/2022 4 – 6/2022 Vũ Đức Ngọc

– ĐH Nguyễn Tất Thành Đào Tấn Phát – ĐH Nguyễn Tất Thành

Lê Đăng Trường – ĐH Nguyễn Tất Thành

- Công việc 3: Đánh giá và lựa

chọn mô hình động học phân hủy

polyphenol của mãng cầu xiêm

trong quá trình sấy lạnh

+ Từ kết quả tính toán, tiến hành

so sánh giữa các mô hình dựa vào

phân hủy vitamin C trong quá

trình sấy mãng cầu xiêm

- Lý do thay đổi (nếu có): Trong quá trình thực nghiệm, thực hiện đẩy nhanh tiến độ thực hiện song song các nội dung

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA NHIỆM VỤ

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Thực tế đạt được

2 Mô hình có giá trị

R 2 >0,9, chú thích đầy đủ các thông số

1 Ứng dụng 12 mô hình động học vào nghiên cứu so với thuyết minh (Vượt kế hoạch)

2 Mô hình có giá trị

R 2 =0,97815 (Singh et al.) (Vượt kế hoạch)

2

Mô hình động học

phân hủy vitamin C

của mãng cầu xiêm

trong quá trình sấy

lạnh

1 Mô hình có giá trị

R 2 >0,9, chú thích đầy đủ các thông số

1 Mô hình có giá trị

R 2 =0,9693 (Phản ứng bậc 1) (Vượt kế hoạch)

3

Mô hình động học

phân hủy polyphenol

của mãng cầu xiêm

trong quá trình sấy

lạnh

1 Mô hình có giá trị

R 2 >0,9, chú thích đầy đủ các thông số

1 Mô hình có giá trị

R 2 =0,7916 (Phản ứng bậc 1) (Vượt kế hoạch)

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

kế hoạch đạt được Thực tế

1 Bài báo khoa học

Đáp ứng yêu cầu của một công trình khoa học có phản biện Bài báo nộp tạp chí khoa học quốc tế thuộc danh mục Scopus

1 Bản thảo được xuất bản trên tạp chí hạng Q2/ ISI (Vượt kế hoạch)

SL: 01 Tạp chí: Processes ISSN: 2227-9717 IF: 3.352

Citescore 3.5 ISI/ Q2

2 Bài báo khoa học

Đáp ứng yêu cầu của một công trình khoa học có phản biện Bài báo nộp chuyên san khoa học và công nghệ trẻ

1 Đạt theo

kế hoạch

SL: 01 Chuyên san khoa học và công nghệ trẻ

ISSN:

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

d) Kết quả đào tạo:

Số

TT

Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo

(Thời gian kết thúc) Theo kế hoạch Thực tế đạt được

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp:

Số

TT

Tên sản phẩm đăng ký

(Thời gian kết thúc)

Theo

kế hoạch đạt được Thực tế

- Lý do thay đổi (nếu có): Không

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế:

Số

TT đã được ứng dụng Tên kết quả Thời gian

Địa điểm (Ghi rõ tên, địa chỉ nơi ứng dụng)

Kết quả

sơ bộ

2 Đánh giá về hiệu quả do nhiệm vụ mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ

so với khu vực và thế giới…)

Kết quả nghiên cứu là tiền đề cho việc phát triển các quy trình công nghệ liên quan đến lĩnh vực sấy mãng cầu xiêm cắt lát Kiểm soát tổng quát quá trình sấy và dự đoán sự mất dinh dưỡng và hiệu quả sấy đối với quá trình sấy mãng cầu xiêm cắt lát sấy lạnh Hiện nay, trong nước và trên thế giới các nghiên cứu về động học và công nghệ sấy bằng phương pháp sấy lạnh đang còn khá hiếm Đặc biệt là các nghiên cứu động học về mãng cầu xiêm Kết quả nghiên cứu dựa trên thiết bị có thông số riêng biệt Điều này khẳng định được đặc trưng của nghiên cứu khi áp dụng vào thực tế

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do nhiệm vụ tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

Việc tối ưu và kiểm soát được các thông số và giá trị dinh dưỡng, năng lượng tiêu thụ giúp nâng giá thành sản phẩm, gia tăng năng suất sau quá trình chế biến Tạo điểm khác biệt giữa sản phẩm được áp dụng theo quy trình và sản phẩm được chế biến thông thường chưa được kiểm soát về chất lượng Thể hiện tính độc đáo, tính mới, góp phần thu hút người tiêu dùng sử dụng Tạo điều kiện thuận lợi cho việc nâng cấp sản phẩm từ dòng sản phẩm phổ thông thành dòng sản phẩm cao cấp

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của nhiệm vụ:

Số

TT Nội dung

Thời gian thực hiện

Ghi chú (Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ

II Báo cáo giám định

III Nghiệm thu cơ sở

Chủ nhiệm đề tài

(Họ tên, chữ ký)

KS Vũ Đức Ngọc

Thủ trưởng tổ chức chủ trì (Họ tên, chữ ký và đóng dấu)

MỤC LỤC

MỤC LỤC xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiv

DANH MỤC CÁC BẢNG xv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề: 1

1.2 Mục tiêu & đối tượng nghiên cứu: 2

1.3 Phân tích đánh giá và tình hình nghiên cứu trước đây: 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 3

1.5 Mục tiêu hoàn thiện: 3

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 4

2.1 Cơ sở lý thuyết: 4

2.1.1 Giới thiệu chung: 4

2.1.1.1 Mãng cầu xiêm: 4

2.1.1.2 Công nghệ sấy: 4

2.1.1.3 Mô hình động học: 6

2.1.2 Cơ chế làm khô vật liệu: 7

2.1.3 Cơ chế làm khô các vật liệu cắt lát: 8

2.1.4 Mô hình lý thuyết: 9

2.1.5 Mô hình bán lý thuyết: 9

2.1.6 Mô hình thực nghiệm: 10

2.1.7 Hằng số sấy: 10

2.1.8 Nguồn gốc của các mô hình lớp mỏng: 10

2.1.9 Mô hình thống kê phù hợp: 11

2.2 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: 12

2.2.1 Cách tiếp cận: 12

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu: 13

2.2.3 Công nghệ sấy lạnh (sấy bơm nhiệt): 14

2.2.4 Phương pháp phân tích: 15

2.2.5 Phương pháp nghiên cứu động học phân hủy vitamin C và polyphenol:

17

2.3 Thiết bị và hóa chất: 21

2.4 Nội dung nghiên cứu: 22

2.5 Kết quả nghiên cứu: 24

2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật quá trình sấy lạnh đến hiệu suất thu hồi TPC, TAA: 24

2.5.2 Khảo sát theo thời gian ảnh hưởng của nhiệt độ sấy từ 20-50 oC đến hàm ẩm của mẫu: 25

2.5.3 Nghiên cứu xây dựng mô hình động học thoát ẩm của mãng cầu xiêm qua quá trình sấy lạnh: 29

2.5.4 Khảo sát theo thời gian ảnh hưởng của nhiệt độ sấy từ 20-50 oC đến hàm lượng polyphenol của mẫu: 33

2.5.5 Nghiên cứu xây dựng mô hình động học phân hủy polyphenol trong mãng cầu xiêm qua quá trình sấy lạnh: 35

2.5.6 Khảo sát theo thời gian ảnh hưởng của nhiệt độ sấy từ 20-50 oC đến hàm lượng vitamin C của mẫu: 38

2.5.7 Nghiên cứu xây dựng mô hình động học phân hủy polyphenol trong mãng cầu xiêm qua quá trình sấy lạnh: 39

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 43

3.1 Kết quả khoa học công nghệ: 43

3.2 Các sản phẩm chính của đề tài: 43

3.2.1 Sản phẩm Dạng II: 43

3.2.2 Sản phẩm Dạng III: 44

3.3 Tác động đối với kinh tế, xã hội, môi trường: 45

3.3.1 Hiệu quả kinh tế trực tiếp (giá trị làm lợi bằng tiền thông qua ứng dụng thử nghiệm sản phẩm vào sản xuất và đời sống): 45

3.3.2 Mức độ tác động đối với kinh tế, xã hội và môi trường (tạo việc làm, tạo ngành nghề mới, bảo vệ môi trường ): 45 3.3.3 Mức độ sẵn sàng chuyển giao, thương mại hóa kết quả nghiên cứu: 45

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

4.1 Kết luận: 46

4.2 Kiến nghị: 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

trung bình

Mean relative error root square

ethylbenzothiazoline-6-DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1: Thành phần dinh dưỡng trong 100 g ăn được của mãng cầu xiêm 4

Bảng 1 2: Một số mô hình động học phổ biến trước đây 19

Bảng 1 3: Danh mục hóa chất 21

Bảng 1 4: Danh sách thiết bị 21

Bảng 1 5: Ảnh hưởng của tốc độ gió đến chất lượng và hiệu suất thu hồi 25

Bảng 1 6: Các thông số thống kê của các mô hình khác nhau 29

Bảng 1 7: Các thông số động học của Singh et al mô hình ở khoảng nhiệt độ 20–50 °C 32

Bảng 1 8: Các thông số động học của sự phân hủy TPC trong phương pháp sấy lạnh 36

Bảng 1 9: Thông số động học phân hủy hàm lượng vitamin C trong phương pháp sấy lạnh 41

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi TPC 24 Hình 1 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi TAA 24 Hình 1 3: Sự biến đổi của tốc độ ẩm (MR) theo thời gian ở khoảng nhiệt độ 20–

50 °C 27 Hình 1 4: Sự biến thiên của tốc độ sấy theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau (p <0,05) 27 Hình 1 5: Phương trình Arrhenius và mối quan hệ giữa Deff và nhiệt độ 31 Hình 1 6: Sự phân hủy của tổng hàm lượng polyphenol dưới ảnh hưởng của 33 Hình 1 7: Mô hình động học bậc không của polyphenol trong phương pháp sấy lạnh 35 Hình 1 8: Mô hình động học bậc nhất của polyphenol trong phương pháp sấy lạnh 36 Hình 1 9: Mối tương quan giữa TAA với thời gian sấy lạnh 38 Hình 1 10: Mô hình động học bậc 0 của vitamin C trong quá trình sấy lạnh mãng cầu xiêm 40 Hình 1 11: Mô hình động học bậc 1 của vitamin C trong quá trình sấy lạnh mãng cầu xiêm 41

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề:

Hiện nay, các loại nông sản đang được các cơ sở nghiên cứu, cơ sở kinh doanh phát triển và chế biến thành nhiều loại sản phẩm nhằm kích thích nhu cầu tiêu dùng của khách hàng Gián tiếp thúc đẩy tăng gia sản xuất và nâng cao giá trị sản phẩm cây trồng Đồng thời, hạn chế được sự thiệt hại của nông sản sau thu hoạch Mãng cầu xiêm là một trong những loại nông sản dễ hư hỏng Nhằm kích thích tiêu dùng và tạo sự đa dạng sản phẩm trên thị trường, nhiều phương pháp chế biến được hình thành Tuy nhiên, các quá trình chế biến hầu hết đều gây ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng và các hoạt tính vốn có của sản phẩm Các yếu tố phổ biến ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm như thời gian, nhiệt độ, các công đoạn xử lí, phụ gia, và một số thông số khác của thiết bị Trong quá trình sấy các yếu tố chính quyết định đến chất lượng sản phẩm là nhiệt độ và thời gian sấy Việc cần thiết cho sự kiểm soát chất lượng sản phẩm

là kiểm soát thời gian, nhiệt độ sấy phù hợp để đạt hiệu quả cao Tuy nhiên, sự kiểm soát về chất lượng dinh dưỡng sản phẩm chưa đủ để có thể mang lại hiệu quả kinh tế phù hợp Việc hài hòa giữa chất lượng và hiệu quả kinh tế đang là vấn đề quan tâm của các doanh nghiệp Sự tiết kiệm các chi phí phục vụ cho quá trình vận hành và giảm thời gian vận hành thiết bị góp phần tăng hiệu quả kinh

tế đối với sản phẩm Sự thất thoát ẩm trong nguyên liệu của quá trình sấy là một trong những yếu tố cải thiện được hiệu quả kinh tế của sản phẩm Sự kết hợp đồng thời giữa khả năng thoát ẩm và sự phân hủy hàm lượng dinh dưỡng trong quá trình sấy góp phần lựa chọn điều kiện sấy mang lại hiệu quả đáp ứng về đa khía cạnh Việc hình thành đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình động học thoát

ẩm và động học phân hủy vitamin C và polyphenol của quá trình sấy mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) bằng phương pháp sấy lạnh.” được dựa trên tình trạng thực tế nhằm mang lại hiệu quả chất lượng dinh dưỡng và kinh tế Trong nghiên cứu này đã thực hiện các mô hình động học nhằm làm cơ sở cho các dự đoán hàm lượng dinh dưỡng vitamin C và hoạt tính chống oxy hóa polyphenol tại bất kì thời điểm cụ thể Đồng thời, các mô hình động học thoát ẩm cũng giúp

dự đoán được hiệu quả khuếch tán ẩm và hàm lượng ẩm tại bất kì thời gian nào trong quá trình sấy Điều này giúp linh hoạt lựa chọn được thông số phù hợp với

đa nhu cầu của nhà sản xuất

1.2 Mục tiêu & đối tượng nghiên cứu:

Mục tiêu nghiên cứu nhằm xây dựng các mô hình động học phân hủy polyphenol/vitamin C và động học thoát ẩm trong quá trình sấy lạnh dựa trên 12

mô hình cổ điển trước đây và mô hình phản ứng bậc 1, 2, chỉ ra hiệu suất thu hồi sản phẩm ở các thời điểm sấy

Nghiên cứu lựa chọn mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) tại Tân Phú Đông, tỉnh Tiền Giang làm nguồn nguyên liệu chính cho việc thực nghiệm và đánh giá

1.3 Phân tích đánh giá và tình hình nghiên cứu trước đây:

Các mô hình động học thoát ẩm về các loại nguyên liệu như lá mãng cầu xiêm [1], hành tây [2], chanh [3], táo [4], quả mọng [5], kiwi [6]… đã được nghiên cứu và xây dựng trước đây Các mô hình động học phân hủy vitamin C, polyphenol trong các nguyên liệu như bông cải xanh [7], đậu xanh [8], măng tây [9], đậu Hà Lan, bắp cải, khoai tây, cà rốt [10], ca cao [11], dâu tây [12], dứa [13] cũng đã được điều tra và đánh giá dựa trên các phương pháp sấy phổ biến như sấy đối lưu, sấy năng lượng mặt trời, sấy lạnh, sấy hồng ngoại, sấy chân không, sấy có hỗ trợ vi sóng và sự kết hợp của các phương pháp sấy Một số các nghiên cứu trong nước được dựa trên các nguồn nguyên liệu nông sản và các phương pháp sấy phổ biến hiện nay nhằm xây dựng các mô hình phù hợp với điều kiện sấy [10], [11] Tuy nhiên, đối với việc sấy lạnh các nguyên liệu nông sản hiện nay và trước đây đang là phương pháp hiếm được nghiên cứu mặc dù khả năng và nhu cầu ứng dụng cao Mặt khác, hầu hết các nghiên cứu trước đây

có sự đánh giá rời rạc các quá trình phân hủy và ẩm mà không có sự đồng thời đánh giá chung để lựa chọn điều kiện phù hợp Đặc biệt đối với nguồn nguyên liệu mãng cầu xiêm được thu hoạch tại huyện Tân Phú Đông, tỉnh Tiền Giang

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Đối với lĩnh vực khoa học: Kết quả nghiên cứu là nền tảng cho sự phát triển các sản phẩm liên quan đến mãng cầu xiêm Cơ sở cho sự đánh giá chuyên sâu về sự mất mát các hoạt tính sinh học và tốc độ thoát ẩm của vật liệu mãng cầu xiêm Các cơ chế được chỉ ra trong nghiên cứu là tiền đề cho các lý luận biến đổi và phân hủy các hoạt chất và dinh dưỡng trong mãng cầu xiêm nói riêng và một số nguyên liệu có cùng tính chất nói chung

Đối với đời sống thực tiễn: Kết quả nghiên cứu cung cấp một cái nhìn tổng quan về quá trình sấy nguyên liệu lát mãng cầu xiêm Giúp các cơ sở sản xuất kiểm soát được hàm lượng dinh dưỡng và sự phối hợp hài hòa giữa chất và lượng của sản phẩm Nhằm mang lại hiệu quả về chất và lượng, đồng thời là cơ

sở cho sự kiểm soát về kinh tế Gián tiếp thúc đẩy tạo việc làm cho các hộ trồng mãng cầu xiêm nói riêng và các loại trái cây khác nói chung, thúc đẩy sự phát triển các ngành công nghiệp, nông nghiệp và thiết bị của quốc gia

1.5 Mục tiêu hoàn thiện:

1

Mô hình động học thoát

ẩm của mãng cầu xiêm

trong quá trình sấy lạnh

Mô hình có giá trị R2>0.9, chú thích đầy đủ các thông số

Phòng thí nghiệm

2

Mô hình động học phân

hủy vitamin C của mãng

cầu xiêm trong quá trình

sấy lạnh

Mô hình có giá trị R2>0.9, chú thích đầy đủ các thông số

Phòng thí nghiệm

3

Mô hình động học phân

hủy polyphenol của

mãng cầu xiêm trong

quá trình sấy lạnh

Mô hình có giá trị R2>0.9, chú thích đầy đủ các thông số

Phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 2.1 Cơ sở lý thuyết:

2.1.1 Giới thiệu chung:

2.1.1.1 Mãng cầu xiêm:

Mãng cầu Xiêm hay còn gọi là mãng cầu Xiêm (Soursop) có tên khoa học

là (Annona muricata L.) là một loại cây bắt nguồn từ châu Mỹ và Caribe, có chi Annona, thuộc họ Annonaceae [14] Trong trái mãng cầu Xiêm chứa nhiều vitamin (đặc biệt là acid ascorbic và Thiamin), dồi dào các acid amin tự do, khả năng chống oxy hóa, acid glutamic, acid aspartic, glycine serine, alanine, citrulline, cystein (hoặc cystine), arginine và lysine [15] Ngoài ra, các thành phần dinh dưỡng trong trái mãng cầu còn được nhắc đến với hàm lượng đường cao, protein hay lipid, Được sử dụng như một vị thuốc tại Việt Nam, mãng cầu Xiêm mang nhiều lợi ích sức khỏe so với một vài loại trái cây khác cùng họ

Bảng 1 1: Thành phần dinh dưỡng trong 100 g ăn được của mãng cầu xiêm

[16]

Badrie and Schauss

[17]

Vwioko et al [18]

nguyên liệu cũng như giảm hàm lượng nước tự do sau khi sấy để tăng độ bền, dẻo đặc biệt là kéo dài thời gian bảo quản tối đa cho sản phẩm

Một số phương pháp sấy phổ biến hiện nay như: Sấy đối lưu, sấy lạnh, sấy thăng hoa – sấy lạnh đông, sấy tiếp xúc, sấy bằng điện trường

Mỗi phương pháp sấy đều có những ưu nhược điểm khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sấy để chọn ra được phương pháp phù hợp

Trên thế giới hiện nay đã phát triển nhiều kỹ thuật và công nghệ giúp gia tăng thời gian bảo quản cũng như chất lượng cảm quan của các sản phẩm nói chung và của trái cây nói riêng Để tạo ra một sản phẩm hơn trái tươi cả về giá trị và chất lượng, cần có công nghệ chế biến hiện đại đi kèm các quá trình, máy móc được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật cao Ngày nay, thông qua các quá trình

xử lí nhiệt như hấp, chần, chiên, sấy, nướng, phối trộn…đã mang lại hiệu quả cao trong việc gia tăng cảm quan cũng như chất lượng của các sản phẩm thực phẩm trong đó có trái cây

Công nghệ sấy được quan tâm nhiều hơn bởi cơ chế tách nước, tăng thời hạn sử dụng của sản phẩm Trong đó các kỹ thuật sấy như: sấy thăng hoa, tầng sôi, sấy phun, sấy lạnh hay đối lưu,… Tùy vào tính chất cũng như cảm quan sử dụng mà lựa chọn các phương pháp sấy thích hợp cho từng loại nguyên liệu Với tác nhân sấy là dòng không khí khô, sấy lạnh (sấy bơm nhiệt) được biết đến là một kỹ thuật sấy mà ở quá trình này tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp và liên tục trên bề mặt nguyên liệu Sấy lạnh không chỉ ứng dụng trong thực phẩm, đây còn

là công nghệ khá mới được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hiện nay như công nghiệp giấy, công nghệ sinh học, dệt may, nông nghiệp,…và thực phẩm Với cơ chế loại bỏ nước dựa trên khả năng chịu nhiệt của liên kết giữa nước và nguyên liệu rất thuận tiện và dễ dàng để cài đặt và thiết kế quy trình tạo

ra sản phẩm phù hợp Kỹ thuật sấy lạnh được áp dụng rộng rãi với quy mô lớn

và trên nhiều loại sản phẩm như tạo ra các sản phẩm sấy từ rau trái: lúa mạch, olive xanh rau bó xôi táo nấm rau củ,…vậy nên, việc ứng dụng đa dạng hóa sản phẩm trong thực phẩm từ nguồn nguyên liệu mới – mãng cầu Xiêm được quan tâm rộng rãi [19], [20]

2.1.1.3 Mô hình động học:

Trong quá trình sấy sự xuống cấp của vitamin C, polyphenol trong quá trình là vấn đề chính của việc giảm chất lượng dinh dưỡng của mãng cầu xiêm Thực tế này có tầm quan trọng rất lớn đối với các nhà sản xuất mãng cầu xiêm

để chế biến và bảo quản đúng cách trong điều kiện thích hợp, do đó người tiêu dùng sẽ nhận được lợi ích tối đa của hàm lượng dinh dưỡng trong nguyên liệu Cạnh đó, sự hiểu biết về phản ứng phân hủy hàm hượng dinh dưỡng, quá trình thoát ẩm là cần thiết, thực hiện bằng cách nghiên cứu động học suy thoái và động học thoát ẩm của quá trình Mô hình động học và hằng số tốc độ là yêu cầu

cơ bản để xác định được sự suy thoái của quá trình Hơn nữa, các mô hình động học có thể được sử dụng không chỉ cho các đánh giá khách quan, nhanh chóng

và kinh tế về chất lượng thực phẩm, mà còn có thể được sử dụng để dự đoán ảnh hưởng của một số biến số thực nghiệm đến các giá trị dinh dưỡng quan trọng và hàm ẩm

Mô hình động học của các thông số quá trình rất hữu ích trong các quá trình thực phẩm Các quá trình liên quan chủ yếu là các phản ứng hóa học và vật

lý (sinh học) Những thay đổi này diễn ra ở một tỷ lệ nhất định và với động học nhất định Mô hình động học cho phép chúng tôi mô tả những thay đổi này và tỷ

lệ của chúng một cách định lượng Trong mô hình động học, chúng tôi có một công cụ mạnh mẽ có thể giúp làm sáng tỏ các cơ chế phản ứng cơ bản Sự hiểu biết về các cơ chế cơ bản là rất quan trọng đối với việc lập mô hình chất lượng

và kiểm soát chất lượng Việc mô hình hóa quá trình sấy khô dạng hạt hoặc lớp mỏng của vật liệu là cần thiết để hiểu cơ chế vận chuyển cơ bản và là điều kiện tiên quyết để mô phỏng hoặc mở rộng thành công toàn bộ quá trình nhằm tối ưu hóa hoặc kiểm soát các điều kiện vận hành Các mô hình đơn giản với ý nghĩa vật lý hợp lý có hiệu quả cho các mục đích kỹ thuật Mô hình toán học của quá trình khử nước là một phần tất yếu của thiết kế, phát triển và tối ưu hóa máy sấy

Nó chủ yếu liên quan đến nghiên cứu kỹ lưỡng về động học sấy, trong đó mô tả các cơ chế và ảnh hưởng mà một số biến quá trình nhất định gây ra đối với sự truyền ẩm Nói cách khác, nó có thể được sử dụng để nghiên cứu các biến số

sấy, đánh giá động học sấy và để tối ưu hóa các thông số và điều kiện sấy Một thiết kế máy sấy thích hợp đòi hỏi kiến thức về các đặc tính của vật liệu được sấy khô và động học sấy Cần lưu ý rằng nhiệt độ cao hơn có nghĩa là động lực truyền nhiệt lớn hơn Nó cũng đẩy nhanh quá trình làm khô, vì nhiệt độ cung cấp

sự thâm hụt áp suất hơi nước lớn hơn

Việc sử dụng các mô hình động học khác nhau, cũng được sử dụng rộng rãi

để dự đoán sự thay đổi chất dinh dưỡng và màu sắc của trái cây và rau trái trong suốt quá trình sấy Động học của sự thay đổi chất dinh dưỡng và và màu sắc của trái cây và rau quả thường được tìm thấy theo phản ứng bậc 0 (phương trình 1), phản ứng bậc 1 (phương trình 2),

Các mô hình nghiên cứu và đánh giá động học bao gồm ít nhất 23 mô hình

cổ điển đã được đánh giá và mô tả sự biến đổi tốc độ thoát ẩm của các vật liệu khác nhau [21]

2.1.2 Cơ chế làm khô vật liệu:

Các cơ chế chính của quá trình làm khô là khuếch tán bề mặt trên bề mặt

lỗ xốp, khuếch tán lỏng hoặc hơi do chênh lệch nồng độ ẩm và hoạt động của mao dẫn trong thực phẩm dạng hạt và xốp do lực bề mặt Nói chung, các sản phẩm hút ẩm khô ở tốc độ không đổi và các giai đoạn tốc độ giảm tiếp theo và quá trình sấy sẽ dừng lại khi trạng thái cân bằng được thiết lập Khoảng thời gian tốc độ không đổi của quá trình sấy, dạng vật lý của sản phẩm và các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, vận tốc không khí sấy, hướng của dòng khí và độ

ẩm tương đối có ảnh hưởng lớn đến bề mặt của sản phẩm được sấy trong sự khuếch tán bề mặt Khi màng bề mặt của chất rắn hoặc hạt dường như bị khô và

độ ẩm đã được giảm xuống độ ẩm tới hạn thì giai đoạn tốc độ rơi đầu tiên bắt đầu Không giống như chu kỳ tốc độ không đổi, chu kỳ tốc độ giảm được kiểm soát bởi sự khuếch tán chất lỏng do sự khác biệt về nồng độ ẩm và các điều kiện bên trong của sản phẩm Các điều kiện bên trong như độ ẩm, nhiệt độ và cấu trúc của sản phẩm đóng một vai trò quan trọng trong các giai đoạn tốc độ giảm

Hiện tượng này sau đó được thay thế bằng các giai đoạn tốc độ giảm thứ hai của quá trình sấy, cụ thể là sự khuếch tán hơi do chênh lệch nồng độ ẩm và các điều kiện bên trong của sản phẩm Có thể xác định rằng hiện tượng làm khô các sản phẩm sinh học trong thời gian tốc độ rơi được kiểm soát bởi cơ chế khuếch tán chất lỏng hoặc hơi Tuy nhiên, nói chung, chỉ có lý thuyết mao dẫn và khuếch tán chất lỏng mới có thể áp dụng cho quá trình làm khô nguyên liệu thực phẩm

Sự khuếch tán là cơ chế vật lý chi phối sự chuyển động của độ ẩm trong vật liệu,

cơ chế này phụ thuộc vào độ ẩm của mẫu Hàm lượng ẩm được biểu thị trên cơ

sở khô, thuận tiện hơn cho việc lập mô hình [21], [22]

2.1.3 Cơ chế làm khô các vật liệu cắt lát:

Lớp mỏng là lớp có độ dày sản phẩm đủ nhỏ để người ta có thể coi rằng các đặc tính không khí ở mọi nơi trong lớp là đồng nhất như nhau mà không có

sự khác biệt Quá trình sấy lớp mỏng cũng đề cập đến việc làm khô các hạt riêng

lẻ hoặc các hạt vật liệu được tiếp xúc hoàn toàn với không khí sấy Quá trình này thường được chia thành hai giai đoạn sấy là giai đoạn tốc độ sấy không đổi

và giai đoạn tốc độ sấy giảm Trong thời gian sấy với tốc độ không đổi, vật liệu chứa nhiều nước đến mức các bề mặt lỏng tồn tại và sẽ khô theo cách tương đương với một bề mặt hở của nước Nước và môi trường của nó, không phải chất rắn sẽ quyết định tốc độ làm khô Cát ướt, đất, bột màu và hạt đã rửa sạch là những ví dụ về vật liệu ban đầu khô ở tốc độ không đổi Bức xạ, dẫn truyền hoặc đối lưu cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sấy Trong thực tế, quá trình sấy nông sản diễn ra theo chu kỳ giảm giá Chu kỳ tốc độ giảm được giới hạn bởi độ ẩm cân bằng của đường cong độ ẩm cân bằng giữa độ ẩm tương đối bằng

0 và gần 100% Sấy khô trong giai đoạn tốc độ giảm bao gồm hai quá trình cụ thể là; sự di chuyển của độ ẩm bên trong vật liệu lên bề mặt và loại bỏ độ ẩm khỏi bề mặt Hơn nữa, sấy lớp mỏng có thể được xem là quá trình làm khô một lớp hạt hoặc lát mẫu trong nguồn cung cấp không khí sấy dồi dào với các đặc tính vật lý thích hợp Làm khô lớp mỏng cũng được mô tả là quá trình loại bỏ hơi ẩm khỏi môi trường xốp bằng cách bay hơi trong đó không khí sấy thừa được đi qua một lớp mỏng của vật liệu cho đến khi đạt được độ ẩm cân bằng

Các phương trình làm khô lớp mỏng được chia thành ba loại: mô hình lý thuyết, bán lý thuyết và thực nghiệm [23]–[27]

2.1.4 Mô hình lý thuyết:

Các mô hình lý thuyết chỉ xem xét sức cản bên trong khi truyền hơi ẩm trong khi hai loại còn lại được xem xét để nghiên cứu sức cản bên ngoài đối với

sự truyền hơi ẩm giữa không khí và sản phẩm Các mô hình lý thuyết bắt nguồn

từ định luật khuếch tán thứ hai của Fick

Trong khi các mô hình bán lý thuyết nói chung có nguồn gốc từ định luật thứ hai của Fick và các sửa đổi của nó, đồng thời từ định luật nguội của Newton Định luật khuếch tán thứ hai của Fick là mô hình lý thuyết được sử dụng phổ biến nhất Các mô hình lý thuyết không đầy đủ và có xu hướng tạo ra kết quả sai

và phức tạp cho các ứng dụng thực tế Các mô hình lý thuyết đưa ra quá nhiều giả định dẫn đến một số sai số đáng kể, do đó hạn chế việc sử dụng chúng trong thiết kế máy sấy Một phương trình lý thuyết giúp hiểu rõ hơn về các quá trình vận chuyển nhưng một phương trình thực nghiệm phù hợp hơn với dữ liệu thực nghiệm mà không cần bất kỳ hiểu biết nào về các quá trình vận chuyển liên quan [28]–[30]

2.1.5 Mô hình bán lý thuyết:

Các mô hình bán lý thuyết đã được phát triển để dễ sử dụng và phù hợp với dữ liệu sấy của nguyên liệu thực phẩm được sấy Người ta đã nhấn mạnh nhiều đến việc phát triển các mô hình bán lý thuyết để đạt được sự hài hòa giữa

lý thuyết và tính dễ sử dụng Các mô hình như vậy thường dựa trên Định luật Làm mát của Newton được áp dụng cho sự truyền khối lượng Khi áp dụng định luật này, giả định rằng các điều kiện đẳng nhiệt và khả năng chống truyền ẩm chỉ giới hạn ở bề mặt của sản phẩm Các mô hình bán lý thuyết là các giải pháp chuỗi tổng quát được đơn giản hóa của định luật Fick thứ hai Tuy nhiên, những

mô hình này chỉ hoạt động khi nhiệt độ, độ ẩm tương đối, vận tốc không khí và

độ ẩm nằm trong phạm vi mà mô hình được phát triển Yêu cầu thời gian ít hơn

và hình dạng của vật liệu được sấy khô không được xem xét trong các mô hình

bán lý thuyết Trong số các mô hình bán lý thuyết là mô hình của hai thuật ngữ, Henderson và Pabis, Lewis, Page và Page sửa đổi [22], [29]

2.1.6 Mô hình thực nghiệm:

Phương pháp thực nghiệm là phương pháp dựa trên dữ liệu thực nghiệm

và phân tích không thứ nguyên Các mô hình sấy thực nghiệm cho thấy mối quan hệ trực tiếp giữa độ ẩm trung bình và thời gian sấy Tuy nhiên, phương pháp này bỏ qua các nguyên tắc cơ bản của quá trình sấy và các thông số của nó không có ý nghĩa vật lý, do đó nó không cung cấp một cái nhìn chính xác về các quá trình quan trọng xảy ra trong hiện tượng trong khi mô tả các đường cong sấy cho các điều kiện thực nghiệm nhất định Các mô hình thực nghiệm không tính đến các nguyên tắc cơ bản của quá trình sấy và chỉ có thể giải thích đường cong sấy cho điều kiện sấy chứ không giải thích các quá trình xảy ra trong quá trình sấy Mô hình thực nghiệm giúp hiểu được xu hướng của các biến thực nghiệm/ quá trình cả phụ thuộc và độc lập Những thách thức chính mà các mô hình thực nghiệm phải đối mặt là chúng phụ thuộc phần lớn vào dữ liệu thực nghiệm và cung cấp thông tin hạn chế về sự truyền nhiệt và khối lượng trong quá trình sấy [22]

2.1.7 Hằng số sấy:

Trong khái niệm sấy lớp mỏng, hằng số sấy là sự kết hợp của các đặc tính vận chuyển của quá trình sấy như độ khuếch tán ẩm, độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt lượng riêng, nhiệt bề mặt và hệ số khối lượng Vì vậy, kiến thức về vận chuyển và đặc tính vật liệu là cần thiết để áp dụng bất kỳ phương trình vận chuyển nào [21]

2.1.8 Nguồn gốc của các mô hình lớp mỏng:

Nghiên cứu về nghiên cứu động học của quá trình sấy lớp mỏng được thực hiện với nhiều loại nông sản khác nhau như hạt, ngũ cốc, hoa quả và một số loài thực vật có tầm quan trọng về kinh tế Mô hình Henderson và Pabis, lần đầu tiên được sử dụng để làm khô ngô theo mô hình, là thuật ngữ đầu tiên của giải chuỗi tổng quát cho định luật Fick Tuy nhiên, do không chính xác và mức độ chênh lệch nhiệt độ cao giữa hạt nhân và không khí, mô hình không thể lắp được

trong 1 hoặc 2 giờ đầu tiên của quá trình sấy ngô Hai thuật ngữ đầu tiên của giải pháp chuỗi tổng quát cho định luật thứ hai của Fick là mô hình hai kỳ hạn Tuy nhiên, mô hình hai hạn không xem xét hình dạng của sản phẩm đã được sấy khô

Mô hình giả định độ khuếch tán không đổi và yêu cầu nhiệt độ của sản phẩm không đổi Mô hình Lewis là một trường hợp đặc biệt của mô hình Henderson

và Pabis Theo Bruce, mô hình này không chính xác; nó đánh giá quá cao thời

kỳ đầu tiên và đánh giá thấp thời kỳ làm khô cuối cùng Mô hình động học sấy không tính đến ảnh hưởng của các tương tác bởi các thông số khác với thời gian sấy Các mô hình kết hợp một số lượng lớn các biến vẫn không tồn tại nhưng do mối quan hệ phi tuyến tính phức tạp giữa động học của quá trình sấy và các biến liên quan nên việc phát triển các mô hình như vậy là không khả thi Khái niệm

về mô hình sấy lớp mỏng để mô tả đặc tính của quá trình sấy ban đầu được đề xuất bởi Lewis, người đã đưa ra mô hình bán lý thuyết cho vật liệu hút ẩm xốp, tương tự với định luật làm lạnh của Newton

Các mô hình lý thuyết có nguồn gốc từ định luật khuếch tán thứ hai của Fick trong khi các mô hình bán lý thuyết thường bắt nguồn từ định luật thứ hai của Fick bởi các sửa đổi của nó và từ định luật làm lạnh của Newton Chúng tôi quan tâm hơn đến mô hình sấy lớp mỏng bán lý thuyết do dự đoán kết quả tốt hơn so với các mô hình khác Những mô hình này chỉ là sự sửa đổi của mô hình này hay mô hình kia, lấy cơ sở từ mô hình Newton (Lewis) hoặc mô hình Page như có thể thấy trong tài liệu Đó là khắc phục những khuyết điểm của nhau Các mô hình được tìm thấy để mô tả thành công hành vi sấy khô (động học) của các loại trái cây và rau quả khác nhau Mỗi phương trình có các hằng số (mô hình) không thứ nguyên của riêng nó (a, b, c, d, l, ∝) và các hằng số làm khô (k,

g, h, k1, k2, k0) [21], [22]

2.1.9 Mô hình thống kê phù hợp:

Các mô hình sấy lớp mỏng được đánh giá và có thể được so sánh bằng cách sử dụng các biện pháp thống kê Chất lượng của các mô hình đã lắp được đánh giá bằng các thước đo thống kê sau: Hệ số tương quan (r hoặc R), hệ số xác định (r2 hoặc R2), Bình phương chi giảm (χ2), sai số chệch trung bình

(MBE), trung bình gốc lỗi bình phương (RMSE), sai số tổng bình phương (SSE), bình phương sai số tương đối trung bình (RRMS), hiệu quả mô hình hóa (EF), lỗi phần trăm trung bình (MPE), Sai số bình phương trung bình (MSE)

Mô hình có giá trị cao nhất cho R hoặc R2 sẽ được chọn để mô tả các đường cong sấy khi Hệ số tương quan hoặc hệ số xác định được sử dụng làm thước đo thống kê và ngược lại là trường hợp đối với các thước đo thống kê khác Do đó,

sự phù hợp tốt được cho là đã xảy ra trong một mô hình nếu giá trị R2 cao và các tiêu chí khác như χ2, RMSE, MBE, MPE, SSE, RRMS, EF, giá trị MSE thấp Phương pháp bình phương nhỏ nhất phi tuyến dựa trên phương pháp Levenberg-Marquardt cũng có thể được sử dụng để phù hợp với dữ liệu thực nghiệm để chọn phương trình Các giá trị của hệ số xác định R2 có thể được sử dụng để kiểm tra mối quan hệ tuyến tính giữa các giá trị tính toán thực nghiệm và mô hình, và là một trong những tiêu chí chính để lựa chọn mô hình tốt nhất Tuy nhiên, việc lựa chọn mô hình thích hợp nhất để mô tả hành vi sấy của trái cây và rau quả không phụ thuộc vào số lượng hằng số Thay vào đó, nó phụ thuộc vào các chỉ số thống kê khác nhau Các chỉ số thống kê thường được sử dụng để lựa chọn thành công các mô hình sấy thích hợp nhất đã được báo cáo trong tài liệu [25], [26], [29], [31]–[37]

2.2 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng:

2.2.1 Cách tiếp cận:

Thu thập tài liệu, khảo sát, đánh giá các thông tin về cây mãng cầu xiêm; tổng quan các quy trình công nghệ sấy, nghiên cứu động học trên thế giới và Việt Nam (qua tài liệu, internet, hội nghị khoa học và các tạp chí trong nước và quốc tế)

Khảo sát, điều tra và phân tích các tài liệu, cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng nguồn nguyên liệu tại địa phương; khảo sát lựa chọn và phân tích tính chất đặc trưng của nguồn nguyên liệu tại địa phương huyện Tân Phú Đông, Tiền Giang để đánh giá, lựa chọn đối tượng và lấy mẫu nghiên cứu và chuẩn hóa nguồn nguyên liệu

Nghiên cứu quy trình công nghệ bằng thí nghiệm độc lập hoặc nhiều nhân tố; tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm xác định các điều kiện, chế độ tối ưu nằm xây dựng quy trình công nghệ mới phù hợp với điều kiện thực tiễn, tạo ra sản phẩm có hiệu suất cao và chất lượng Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm, nghiên cứu động học quá tình, tìm ra mô hình động học phù hợp nhất để mô tả

dử liệu thực nghiệm của quá trình sấy

Thử nghiệm một quy trình công nghệ đã được xây dựng hoàn chỉnh trong điều kiện phòng thí nghiệm, ứng dụng vào sản xuất tại cơ sở/công ty, đánh giá

và phân tích các tính chất sản phẩm theo tiêu chuẩn quy định Trên cơ sở các kết quả thử nghiệm thực tế, điều chỉnh và đề xuất quy trình công nghệ ở quy mô pilot

Các kết quả của thí nghiệm/nghiên cứu trước sẽ là cơ sở cho việc khảo sát

và phát triển các thí nghiệm tiếp theo

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp kế thừa: Thu nhận thông tin, dữ liệu, các kết quả nghiên cứu đã được công bố, làm cơ sở để điều chỉnh, ứng dụng vào quá trình nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành triển khai các thí nghiệm thực tế theo từng nội dung, từ thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, triển khai ở quy

mô pilot và ứng dụng thực tế, đánh giá và điều chỉnh lại kết quả

Phương pháp phân tích: Các chỉ tiêu, thông số cơ bản được đo đạc trong nội dung nghiên cứu sẽ được phân tích (tại phòng thí nghiệm nghiên cứu, các phòng thí nghiệm VILAS) theo tiêu chuẩn Việt Nam hay AOAC

Phương pháp đo đạc các chỉ tiêu: Sử dụng các dụng cụ, thiết bị tiên tiến, hiện đại, có độ chính xác, phù hợp với từng thông số

Phương pháp thu thập số liệu và xử lý thống kê: Tất cả các số liệu thu thập dựa trên kết quả lặp lại ít nhất 3 lần cho mỗi đơn vị thí nghiệm

Các dạng phương trình hồi quy thường áp dụng đối với lĩnh vực KT-CN bao gồm:

+ Mô hình bậc hai tuyến tính: y =  (x1, x2, , xk) = bo + bjxj + bjuxjxu +

+ Mô hình bậc hai phi tuyến: y = bo + bjxj + bjuxjxu + +bjjxj2

Với: bo là hệ số hồi quy; bj là hệ số tuyến tính; bij là hệ số tương tác cặp; k là số yếu tố khảo sát (xj xk)

Kết quả của các thí nghiệm so sánh, chọn nghiệm thức tối ưu và tối ưu hóa quá trình được thống kê và phân tích sử dụng chương trình Statgraphics Centurion 16 hay chương trình thống kê phù hợp

2.2.3 Công nghệ sấy lạnh (sấy bơm nhiệt):

Quá trình sấy lạnh được thực hiện dưới các bước như sau:

Chuẩn bị nguyên liệu: Trái mãng cầu Xiêm vừa đủ độ chín kỹ thuật (không quá non, không quá già, gai vỏ ngoài nở đều, cứng) và được thu hoạch sau 3 tháng kể từ khi quả được hình thành, khối lượng quả trung bình từ 1.5 – 2

Kg Hàm lượng ẩm ban đầu 80.54 ± 2.59% Giá trị pH đạt 3.86 ± 0.04, tổng chất rắn hòa tan là 14.2 ± 0.4 %, chỉ số axit xác định theo axit malic 0.72 ± 0.03%, hàm lượng xơ là 0.85 ± 0.03%, hàm lượng chất khô 15.9 ± 0.3%, ruột màu trắng, quả có vỏ màu xanh Rửa sơ bộ với nước sạch đề loại bỏ bụi bẩn lớp

vỏ bên ngoài Ngâm mãng cầu với dung dịch nước (3% muối, 0.05% acid citrid) trong 10 phút Dùng dao tách dọc trái mãng cầu từ ngoài vào đến lõi, dùng dụng

cụ cứng có mũi nhọn lấy hạt ra ngoài Dùng dao thái mỏng theo chiều dọc của từng mảng mãng cầu Xiêm tạo hình tam giác dày 1.5 mm (dạng rẽ quạt) hoặc xếp chồng các lát đã tách hạt và thái sợi (dạng sợi dài) Nguyên liệu được chần ở điều kiện 70 oC trong thời gian 2 phút, tỉ lệ nước chần và khối lượng nguyên liệu

là 5:1 (w/w) trước khi thực hiện quá trình sấy [38]

Quá trình sấy lạnh: Khi mãng cầu được cắt với kích thước nhỏ, chuyển qua khay sấy và đưa vào buồng sấy đối lưu Trãi đều lớp mãng cầu dày <0.5cm trên khay sấy (kích thước lỗ khay <1/3 kích thước lát cắt mãng cầu) để hạn chế rơi khỏi khay trong quá trình mất nước, cấu trúc lát mãng cầu Xiêm co rút và nhỏ lại

Quá trình sấy thường bao gồm ba giai đoạn: (1) giai đoạn ban đầu; (2) giai đoạn đẳng tốc; (3) thời gian giảm tốc

Giai đoạn ban đầu (1): quá trình tiếp xúc tác nhân sấy cần thực hiện từ từ, hạn chế sự áp nhiệt lên bề mặt nguyên liệu sấy gây ra sự cháy, tốc độ thoát ẩm ở giai đoạn này tăng nhanh Thông số nhiệt độ sấy phù hợp nằm trong khoảng 20–

50 °C Nên thực hiện giai đoạn này trong vòng 15-20 phút cho ẩm bề mặt bốc hơi nhiều nhất, đồng thời hạn chế sự bám dính giữa các lát mãng cầu Xiêm Giai đoạn (2) và (3): Khi năng lượng nhiệt cung cấp đạt đến trạng thái bão hòa so với năng lượng cần cho quá trình bốc hơi nước sẽ diễn ra giai đoạn đẳng tốc (tốc độ bốc hơi nước bão hòa), sau đó tốc độ này giảm (3) khi cần loại các nước liên kết nằm sâu trong mô nguyên liệu Trong quá trình chế biến, giai đoạn (2) và (3) gây ảnh hưởng tiêu cực về mặt kinh tế, vì vậy cần điều chỉnh năng lượng nhiệt cao, cung cấp năng lượng lớn hơn cho quá trình bốc hơi nước Thiết bị sấy lạnh được thiết kế và lắp đặt tại Việt Nam với các thông số cơ bản như: Kích thước khay sấy với chiều dài x chiều rộng x chiều cao tương ứng là (50 x 45 x 2 cm) Lỗ khay sấy được thiết kế dạng hình vuông với kích thước 0.5

cm Thể tích buồng sấy là 0.484 m3 với kích thước chiều dài x chiều rộng x chiều cao tương ứng là (110 x 80 x 55 cm) Gió được thổi theo chiều ngang từ bên trái qua phải Một buồng sấy chứa 20 khay sấy với khoảng cách giữa các khay sấy là 5 cm Khoảng nhiệt độ tối đa của thiết bị từ 20 – 50 oC và tốc độ gió tối đa từ 40 – 60 Hz

2.2.4 Phương pháp phân tích:

2.2.4.1 Xác định hàm lượng ẩm:

Nguyên tắc: sử dụng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi, phương pháp này dùng để xác định độ ẩm của các loại thực phẩm như: bánh, kẹo, rau củ, bột các loại…

Phương pháp thực hiện: cho 0.5 g mẫu vào máy đo độ ẩm có nhiệt độ 105

oC, khoảng 50 phút, thu được kết quả phần trăm độ ẩm của mẫu Chỉnh bàn cân sao cho bọt thủy về tâm để cân chính xác nhất Cho mẫu lên cân đến khi đạt khối lượng cần phân tích độ ẩm Chọn chế độ đo, thời gian và nhiệt độ sấy cần thiết đối với từng mẫu Thông thường nhiệt độ sấy thực phẩm từ 100 ÷ 105 oC [39]

% ẩm = [(m1 – m2)*100]/m1 (3) Trong đó:

m1 (g): khối lượng nguyên liệu ban đầu;

m2 (g): khối lượng nguyên liệu sau sấy

2.2.4.2 Xác định hàm lượng polyphenol tổng:

Tổng hàm lượng polyphenol tổng được thực hiện theo nguyên tắc so màu Folin – Ciocalteu được mô tả trước đây [38], [40], [41] Tiến hành đo ở bước sóng 765 nm Có nhiều phương pháp quang phổ để định lượng các hợp chất phenolic trong nguyên liệu thực vật Dựa trên những lý thuyết khác nhau, những phương pháp này được dùng để mô tả những cấu trúc khác trong trong các hợp chất phenolic

Đầu tiên, lấy 1g mẫu để chiết ba lần đến 100 ml, dịch chiếc được lọc bằng

bộ lọc giấy Whatman No.1 Sau đó lấy 1 ml dịch chiết và thêm 1 ml dung dịch Folin-Ciocalteu Sau 5 phút, cho 1 ml Na2CO3 vào và trộn đều với dung dịch Dung dịch được ủ trong bóng tối trong 1 giờ và tiếp theo đo quang phổ ở bước sóng 765 nm Tổng hàm lượng polyphenol được biểu thị bằng mg gallic axit/g khối lượng chất khô

Tổng hàm lượng polyphenol (TPC) theo chất khô được tính như sau:

Trong đó:

V1: thể tích cuvet (mL)

V2: thể tích của vật chứa mẫu đã chiết (mL)

V3: thể tích chiết xuất của mẫu mới (mL)

C1: nồng độ polyphenol đo được từ UV-vis (µg/mL)

h : độ ẩm trong mẫu (%)

2.2.4.3 Xác định hàm lượng Vitamin C:

Hàm lượng vitamin C được phân tích theo phương pháp chuẩn độ với 2,6 – dichlophenolindophenol (DCPIP) Vì đây là phương pháp đơn giản, quy trình thực hiện dễ dàng, không tốn nhiều chi phí nhưng hiệu quả Đã có nhiều nghiên

cứu thực hiện theo phương pháp này và cho kết quả tương đối khả quan [12], [13], [38], [42]

Chuẩn bị mẫu chuẩn: Cân khoảng 0,1g axit ascorbic, hòa tan và định mức lên 100mL, dùng pipet hút 1mL dung dịch axit ascorbic và 5 mL HCl 0,04% đã pha cho vào 3 erlen, tiến hành chuẩn độ bằng DCPIP

Chuẩn bị mẫu thử: Cân 1g mẫu, xay nhuyễn (2 – 3 lần), định mức lên 100

mL bằng nước cất, lọc bỏ phần bã Hút 10 mL mẫu và 1 mL dung dịch HCl 0,04% đã pha, cho vào 3 erlen Chuẩn độ bằng DCPIP, dung dịch từ không màu chuyển sang màu hồng nhạt (màu bền trong 30 giây)

Ghi số mL dung dịch DCPIP đã dùng [43]

Tính toán:

Trong đó:

V0: thể tích DCPIP chuẩn mẫu (mL)

VC: thể tích DCPIP chuẩn vitamin C chuẩn (mL)

Vđm: thể tích bình định mức

mc: khối lượng axit acorbic cân được (g)

mm: khối lượng mẫu cân được (g)

2.2.5 Phương pháp nghiên cứu động học phân hủy vitamin C và polyphenol:

Động học phân hủy vitamin C: Phụ thuộc vào điều kiện môi trường, hai

cơ chế phân hủy vitamin C khác nhau xảy ra gồm: (i) phân hủy hiếu khí và (ii) phân hủy kỵ khí Cơ chế của phân hủy kỵ khí thì phức tạp và chưa được hiểu rõ Mặt khác, trong điều kiện hiếu khí ascorbic acid bị oxy hóa thành dehydroascorbic acid Cơ chế phản ứng này có thể được đơn giản hóa như sau [5]:

C6H8O6 <=> C6H6O6 => Sản phẩm L-Ascorbic Acid (AA): C6H8O6

L-Dehydroascorbic Acid (DHAA): C6H6O6

Động học thay đổi chất dinh dưỡng và màu sắc rau quả thường được tìm thấy theo phản ứng bậc 0, bậc 1 [44] Những mô hình phản ứng dưới đây sẽ được dùng tham khảo khi nghiên cứu mô hình phân hủy của vitamin C

Động học phân hủy polyphenol:

Việc sử dụng các mô hình động học khác nhau, cũng được sử dụng rộng rãi để dự đoán sự thay đổi chất dinh dưỡng và màu sắc của trái cây và rau trái trong suốt quá trình sấy Động học của sự thay đổi chất dinh dưỡng và và màu sắc của trái cây và rau quả thường được tìm thấy theo phản ứng bậc 0, phản ứng bậc 1

t Xử lý dữ liệu bằng phần mềm OriginPro 9 dựa vào các giả định của mô hình

cổ điển trước đây (Bảng 1.2)

Bảng 1 2: Một số mô hình động học phổ biến trước đây

số xác định, chi bình phương, được sử dụng để đánh giá mức độ tương quan phù hợp với 12 mô hình thực nghiệm Hằng số tốc độ của quá trình mất ẩm được xác định dựa trên phương trình tuyến tính của số liệu thực nghiệm dựa trên giản

đồ ẩm và thời gian